华北理工水质工程学Ⅰ课件17过滤-2过滤理论

1、17-2过滤理论 一、过滤机理： 水流夹带颗粒流入滤料、滤料吸附颗粒。有两方面的问题：颗粒如何与滤料接触（迁移机理）接触后靠什么力粘附于滤料（附着）（吸附）（一）颗粒的迁移：（是物理力学作用）拦截作用：大颗粒大于过流缝隙 。沉淀作用：颗粒在重力作用下，脱离流线，沉到滤料上。 惯性作用：颗粒质量大，在惯性力的作用，脱离流线与滤料接触。 扩散作用：较小较轻的颗粒在布朗作用下扩散到滤料表面。 水动力：水流在滤料外层有速度梯度，使非球体的颗粒在流速梯度的作用下，产生转动而脱离流线与颗粒表面接触。现阶段只能定性的分析。（二）颗粒的粘附：主要是物化作用开始：颗粒与滤料的接触范德华力作用（主要）静电力作用

2、化学键力（少有） 后来：颗粒与颗粒接触 絮凝，吸附架桥作用最后：滤料的表层形成泥膜 机械过滤作用，（所不希望产生的）再强制工作：水流在某薄弱部位穿透，形成裂缝水流以高速流过裂缝，使出水水质恶化。（泄漏） （三）滤层内杂质分布规律：1、过程分析： 水流冲力的作用上层吸附过多后脱落下一层吸附过多后脱落再下一层吸附。 2、反冲洗作用： 滤料在反冲洗作用下，分层（水力级配）上层：沉速小的（粒径小）孔隙小、比面积大、含污能力小。中层：沉速适中（粒径适中） 下层：沉速大（粒径大、比重大）孔隙大、比面积小、含污能力大。这样的级配称为反粒度。3、滤层含污能力：单位体积滤料中所截留的杂质量。 单位：g/cm3

3、或 kg/m3 单层滤料截污能力在滤层中是变化的。 其平均截污 能力（平时 所称的截污 能力）是总 截污量/总滤 料体积。 4、提高滤料含污能力的措施：（1） 反向过滤：进入滤料中的杂质可较均匀地在滤料中被截留（正粒度）。 但初滤水浊度高、工艺复杂。（2）辐流过滤：反冲洗困难、工艺复杂。（3）改变滤料水力级配： 双层滤料：无烟煤石英砂 重度小、粒径大 重度大、粒径小 轻质滤料 重质滤料 反冲洗时上层无烟煤，中间有一些掺混，下层石英砂。 特点：含污能力大 三层滤料： 无烟煤石英砂石榴石 粒径 大 中 小 特点：含污能力更大，水质有保证（下层滤料粒径很小）反冲洗强度控制水平高。 均质滤料：要求滤料

4、粒径尽可能相近（不可能完全相同） 反冲洗时只要滤料膨胀就有水力级配。 保证滤料均匀，反冲洗时，不要滤料膨胀。 方法：气水反冲洗。（反冲洗困难） 截污：上多、下少、但差的量小了。 滤料层中的时间与截污量分布规律：影响因素很多，水质、水温、滤速、滤料粒径、形状、级配。悬污物的性质，颗粒大小、强度、加药量。 目前仍是据经验和实验进行设计操作。 （四）直接过滤：原水不经沉淀直接进入滤池过滤 原水加药后直接过滤与滤料 1、两种方式： 接触絮凝。接触过滤。 加药原水微絮凝池过滤 微絮凝过滤 在微絮凝池中形成相近 的微絮粒。（4060m） 2、机理：脱稳颗粒或微絮粒与滤料充分碰撞、接触、粘附，被滤料截留。

5、滤料成了接触的介质。 微絮凝过滤的絮体体积小，便于进入滤料深层进行粘附。 3、直接过滤注意的事项： （1） 原水浊度低（色度低）水质变化小。 常年低于100度。 4050度为宜。 并且应有把握。 （2） 常用双层、多层或均质滤料（增加含污能力）滤料粒径和滤层厚度适当增大（减少形成表面滤膜的机会） （3） 原水中的絮凝体不宜太大，防止很快堵塞滤层表面孔隙。 为了提高微絮体强度和粘附力，有时需投加高分子助凝剂（活化硅酸或聚丙烯酰胺） 在滤层中起吸附架桥作用。 使杂质脱落困难减少渗透滤层机会。（4） 滤速：浊度高低滤速 浊度低高滤速 并且滤速应偏于安全（因为无前置沉淀工艺） 通常：原水50度时，滤速

6、在5m/h左右。 最好通过试验来定滤速。 主要适用于处理湖泊、水库等低浊水。 适于：低温低浊水。 二、过滤水力学：两个问题：过滤时水头损失，设计水位。 滤料中的适宜滤速。（一） 清洁滤层的水头损失。清洁滤层水头损失（起始水头损失）：滤砂，当滤速为810m/h时，其损失为3040cm。属层流。1、均匀滤层公式：卡曼一康采尼公式（Carman-Kozong）(适于均匀滤层) 水的运动粘度；（cm2/s）g重力加速度； 981cm/s2m0滤料孔隙率。d0与滤料体积相同的球体直径。（cm） （单个颗粒是多个的平均值）l0滤层厚度；cmv滤速；cm/s滤料颗粒球度（球形）系数；（后面讲） m0滤料孔隙

7、率。G颗粒质量；（kg）颗粒密度；（kg/m3）V滤料（堆积）体积。2、非均匀滤层：用筛分法：将滤料分级， d1, d2 di dn p1, p2 pi pnpi di滤料量与总滤料重量比。则总水头损失H。（清洁滤层） n分层数目，n分的越多计算越精确。（二）等速过滤中的水头损失变化（流量不变）随着过滤过程的进展，滤料中的孔隙逐渐变小。其它因素不变，孔隙减小 如: 水头损失H0不变v滤速减小 滤速v不变水头损失H0增大。v不变水头损失H0变化，称为“等速过滤” （由于Q不变）水位上涨至允许水位，开始反冲洗，（如无阀滤池）水头损失增加一个Ht 。 总水头损失：Ht=H0+Ht+h h配水系统承托

8、层、管渠水头损失。实践证明：Ht与时间t 一般呈直线关系。Hmax损失最大时的过滤水头损失。 据技术经济条件定，一般取Hmax=1.52.0mT 滤速v时的过滤时间如为v时则（v v） H0H0 TT h变化较小（视为不变）（三）变速过滤中的滤速变化： （作用水头不变）1、变速过滤：“减速过滤”滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤。2、作用水压不变，是相对变化较小而不是绝对不变。多组滤池的并联，可视为此种过滤。因取水泵站水量不变。并且其变化是由于反冲洗在滤池投入工作时忽然减小 3、 新投入使用滤池、滤速的控制反冲洗过的滤池，与过滤一段时间的滤池并联作用水头相同使新投入滤池滤速太大。使滤后水水质恶化。控制方法：在出水管加阀控制。4、 特点：滤后水水质好 过滤水头损失小 原因：可自然调节（四）滤层中的负水头1、 原因：当滤池表层积污太多表层水头损失太大时出水的作用水头并不变，就可形成滤料中层部位出现负压。 2、危害：负压使